深空探测对我国地面测控站升级的需求?

我国近年建成的深空测控网可以对未来的火星探测任务和其他深空探测任务实现自主测量和控制,并且同时具备对深空探测器的微波测速测距和VLBI测量能力.遥远深空探测任务加大了微波信号在星-地链路之间的往返传输时间,改变了测控链路信号的上、下行路线几何构型,导致同一个天线系统难以对探测器同步完成上、下行链路的业务,是对目前地面测控通信能力的挑战.本文以典型的火星探测为例,分析了深空探测器的微波闭环跟踪测控对我国深空测控系统单站设备的升级需求,并对深空站相应的改造提出了建议:1)单站单一天线上、下行时分交替测控模式;2)利用设置了单一天线的多个深空测控站协同三程开环链路测控,实现对探测器的控制和遥测;3)采用DSN/JPL/NASA的方案,在每个深空测控站配置多套天线系统,全部天线共用台站时频资源实现单站闭环上、下行实时连续测控.     

我国航天测控系统的现状与发展

随着我国航天任务的日益复杂化、多样化，对测控的需求也向“高、精、尖”方向发展，航天测控系统再一次面临新的机遇与挑战。在综合分析国内外航天测控发展历程与现状的基础上，总结了航天测控的发展特点与发展趋势，提出了符合我国国情的“优化地基测控网、建设和发展天基测控网、构建深空探测网，循序渐进构建天地空一体化测控通信系统”的整体发展思路，并对我国地基、天基、深空探测测控通信系统发展及重点技术进行了分析探讨。     

机会计算研究综述

随着云时代的来临,大数据吸引了越来越多的关注,然而大数据背景下的设备性能冗余和资源浪费问题却日益突出.针对上述问题,研究人员提出了机会计算的概念.机会计算是一种以机会网络为基础的可分散式计算,能够在没有特定的通信路径时利用网络的机会性接触进行通信,并将设备中的计算能力以及数据资源在网络内共享,解决每个节点对性能及资源的需求.文中介绍了机会计算的概念与特点,给出当前机会计算的一些典型应用,详细阐述了社会型机会计算和机会计算功耗问题等热点问题,并对研究前景进行了展望.     

基于分段路由的网络故障监控

由于现有的基于分段路由架构进行网络监控的算法SCMon在计算监控路径时未考虑监控链路冗余以及探测源点在网络中的部署位置,提出一种结合中心度选点策略的SCLMon算法.首先,基于贪婪算法利用覆盖链路总数、节点邻接未覆盖链路数等评价指标选取最优监控路径;其次,采用介数和度数评估拓扑各个节点的中心度,选取中心度最大的点进行监控点部署以缓解部署点周围链路冗余覆盖情况.实验结果表明,结合中心度选点策略SCLMon算法不论是在不同的网络拓扑中还是在不同最大分段数目的情况下都能够有效地减少冗余的监控链路.     

月球微波测速测距衍生的空间低频引力波探测新方法

在空间低频引力波探测技术中,使用地面跟踪站对深空探测器的高精度微波多普勒测量方法已经有40多年的发展历史.在嫦娥-3着陆探测延寿拓展任务中,使用自主研发的行星无线电接收机实现了亚毫周精度的月球微波测距技术验证.进一步使用X波段地-月测距原始测量数据检验了扣除地球大气抖动、电离层扰动、地面设备热噪声、地-月间行星际等离子体效应的更高测量精度的微波差分测距测速方法,并提出了用于嫦娥-4任务四程与双程差分高精度测量的方案,作为先导技术验证.在此基础上,结合月球着陆器和地-月L4/L5平动点通信导航卫星之间的微波链路,提出了一种10~(-17)-10~(-19)感度的差分四程链路的低频引力波空间微波探测的新概念方法,有机会比目前的深空多普勒链路感度提高1-3个量级.     

深空探测中太阳闪烁的一种仿真方法

由于受太阳活动的影响,深空通信十分复杂,为了对深空通信设备进行测试和性能评价,为通信设备提供测试信号源十分重要。根据观测得出的信号功率谱,提出了一种基于matlab的太阳闪烁仿真的方法。研究了太阳闪烁的特性,分析了仿真的原理,最后做出了仿真。     

基于无线传感器网络的测控系统

目前,无线传感网络作为计算、通信和传感器相结合的一门综合的信息获取和处理技术,已广泛应用在日常生活、军事、环境、医疗等领域。本文主要介绍了利用射频芯片CC2420和传感器采集和传输各种设备的运行信息,这是保证测控系统正常运行的关键。采用ZigBee网络实现这些设备的协同工作,具体就是在每个设备上添加一个ZigBee终端节点,并在现场增加一个ZigBee协调器节点,形成一个星型拓扑的ZigBee网络。最后通过构建温湿度采集Zigbee网络的实验,验证了方案能取得良好的测控效果。     

深空激光通信中环境对激光捕获的影响

首先分析了太阳环境对深空激光通信的影响,利用Kerr度规计算出通信激光经过太阳表面时受到太阳引力场影响的通信光偏折角为1.75″-0.12″×10-5。对地球到火星激光通信的环境因素进行了分析,通过Matlab软件仿真得到不同位置(不同激光传输时间)与激光通信发射角度的补偿关系。     

考虑邻接点贡献的通信网关键节点评估方法

通信网络中的某些节点对整个网络具有重要的作用.关键节点的失效可能导致整个通信网络的性能急速下降甚至瘫痪.为确定通信网络中的关键节点,提出一种考虑了邻接点贡献的通信网关键节点评估方法,该方法同时考虑了节点的多方面属性以及其邻域内节点的影响.利用该方法对ARPANET(Advanced Research Projects Agency Network)进行了节点重要性的评估,并通过网络可靠性的相关理论和OPNET仿真建模工具对其进行了验证,证明了该方法的准确性.同时还发现,对通信网络的关键节点的冗余部署可以保障其网络性能,增加可靠性.     

一种ΔDOR算法的初步实现

ΔDOR(双差分单向测距)技术是一种广泛应用于深空探测的测角技术.中国VLBI(甚长基线干涉测量)网目前使用互相关方法实现ΔDOR技术,然而在信号的信噪比很低时,使用基于互相关方法的相关处理机进行时延测量会有弱信号处理能力不足的局限性.随着更遥远距离的深空探测的推进,对弱信号求时延将成为必然的任务需求.本文将高性能三阶锁相环作为测量信号的频率和相位的基本模块,并由此推导了一种弱信号处理能力较强的基于本地相关的ΔDOR算法.该算法避免了传统本地相关方法中本地模型信号与含噪信号进行互相关运算时引起的算法性能损失问题,同时算法更为简洁.对天问一号数据求残余群时延间接验证了本文提出的算法的可行性,为进一步发展高性能ΔDOR技术提供了一种方案.     

基于网络性能变化梯度的通信网络节点重要程度评价方法

针对已有的通信网络节点重要程度评价方法基于网络中可替换路由数目,不能评估网络被分割时网络中节点的重要性的不足,提出了一种利用网络性能变化梯度的通信网络节点重要性评价方法.该方法通过计算网络中的节点被移除时网络直径和网络连通度变化梯度来评估网络中节点的重要性.利用该算法对美国ARPA网络的节点重要程度进行了分析,并与基于可替换路由数目的算法进行了比较.实验结果表明,该文提出的节点重要程度评价指标准确地反映了节点对网络性能影响的大小,并且适用于网络被分割或网络没有被分割2种情况.     

从奔月之旅看嫦娥三号的七大首创

正"嫦娥抱玉兔,逐梦广寒宫",承载着中国首次地外天体软着陆和巡视探测任务的嫦娥三号月球探测嚣,去年12月2日1时30分从西昌卫星发射中心顺利升空,中国航天由此开启了一段崭新征程。一、嫦娥三号是什么嫦娥三号是中国国家航天局嫦娥工程第二阶段的登月探测器,包括着陆器和月球车。二、嫦娥三号的使命嫦娥三号携带着中国的第一艘月球车——"玉兔号"月球车,在成功突破月球软着陆后开展月面巡视勘察、月面生存、深空测控通信与遥控操作     

探月飞行中太阳帆航天器帆面光学性能演化

介绍了太阳帆航天器在进行探月飞行时,非理想帆面的推力计算;重点分析了在轨长时间运行时空间环境对帆面光学系数及轨道漂移的影响.计算结果表明,太阳帆光学性能的退化对总推力、特征加速度和光压数的演化不可忽视,高精度深空探测轨道的设计要考虑空间环境因素.     

一种带验证和撤销的组密钥分发方案

提出一种在无线传感器网络中具有正确性验证和头结点撤销功能的组密钥更新方案. 通过建立组密钥之间的冗余关联,实现了在不增加结点负担的情况下,合法结点利用当前广播消息和自身秘密恢复丢失的组密钥. 利用撤销多项式实现对结点和头结点的撤销,此外还能提供密钥的正确性验证. 分析表明,在没有增加计算开销和通信开销情况下本方案具有更好的安全性.     

全球导航星座的远地/深空导航应用研究

全球卫星导航系统为低轨和地面用户提供导航服务已有广泛的研究.中高轨卫星以及深空卫星的定轨、定姿和时间同步,目前主要利用地面测控系统完成,存在设备复杂、投资高、无法同时支持大量飞行器、无法自主运行等缺点.本文研究中高轨卫星和深空卫星利用全球导航星座进行定轨、定姿和授时服务的可行性,实现其扩展应用,寻求全球导航星座作为天基网时空基准的高效途径,使得天基网的自主导航与自主运行成为可能.论文提供了一套解决方案,在不增加卫星设备的前提下,通过星间链路的巧妙设计,实现对远地、深空飞行器的无源导航服务,重点研究了卫星可见性、几何精度因子（GDOP）等内容,进行了定位、定时精度分析,为全球导航星座的建设提供思路.     

基于移动自组网的多移动机器人远程监控

提出了一种基于移动自组网的多机器人远程监控方案.这种监控方案可以使离控制台较远的机器人合作探测并将探测信息传回控制台.控制台通过探测数据,远程监控现场环境,并对机器人进行适当的控制.针对多机器人通信网络拓扑变化频繁和通信链路不稳定的现象,提出了一种链路重构的方法来优化通信网络,并实现了多机器人远程监控系统.多机器人协作探测地图的实验验证了系统的实用性和有效性.     

深空通信新型射频技术

深空通信射频技术是深空通信关键技术之一,该课题围绕我国未来深空探测任务的需求,重点突破适应深空通信需求的低噪声温度射频前端设计与多天线组阵增强系统相关关键技术,实现深空探测数据回传的高效可靠接收。课题设计完成低噪声温度射频前端,X/Ka频段等效噪声温度达到25 K/50 K以下。突破HEMT晶体管低温建模关键技术,实现低温器件参数的高精度提取。针对超导滤波器的关键工艺技术,以及超导滤波器运用软件精确设计展开研究。提出了支持现有天线以任意形态组阵的全新多天线信号增强处理结构,同时设计研制了多天线信号合成样机及试验验证系统。该结构可充分利用现有的接收天线和接收机,适用于非均匀组阵下各种调制方式、不同调制参数信号的无数据辅助合成,实现了对信号的盲处理。区别于传统的仅利用固定参考信号实现信号间的时延估计方法,提出了一种基于准合成输出信号作为参考时延对准算法,提高参考信号的信噪比,时延估计性能在低信噪比条件下其估计性能改善更为明显。提出并实现了一种不依赖于单路信号信噪比计算的多天线信号合成权值盲估计算法,该算法无需任何信号先验信息和定时同步,解决了信号最大比合并中权值估计的通用性问题。针对通信信号特点,研究了多天线信号多层次联合处理结构,同时实现了符号检测与同步的联合处理,以及各路信号间的联合同步与联合符号检测。在多路极低信噪比条件下,与传统合成结构的相比能够进一步提升处理增益。课题所取得成果对拓展更远距离的深空探测,实现极低信噪比条件下,大容量回传数据的可靠接收具有十分重要的意义。针对我国深空探测发展的需求,该课题通过关键技术突破与创新有效提升深空数据传输能力,为我国未来深空科学技术与工程实施提供有力支撑,推动我国空间科学与应用的原创性发展。     

一种面向大规模社会网络的社区发现算法

随着社会网络中顶点和边的逐渐增加,计算效率成为了大规模社会网络中社区发现面临的一大难题.为了更加高效地探测社会网络中隐含的社区结构,提出一种基于抽样与标签传播的社区发现算法.该算法首先利用基于度的随机游走技术对整体网络进行抽样得到子图,然后采用基于概要的社区发现算法对此子图进行社区发现,得到核心社区,最后依据已有社区结构与未抽样的节点的相似度迭代式地将社区标签传播到剩余节点.在真实社会网络数据集上,与已有算法通过实验进行了比较分析,结果表明该算法能够在保证有效性的同时提高计算效率.     

深空通信中的LDPC编译码技术

初步分析了深空通信的信道特点,参考国外深空通信系统信道编译码方案,结合国内现状,提出了我国未来的深空通信中应采用LDPC码信道编译码方案.并对其中的各种算法进行了比较,提出了优化算法.这样能够更好地解决我国深空通信中的信道传输问题,通过采用LDPC码我们获得了与Shannon极限仅相差0.0045dB的性能,非常适合于深空通信的信道.     

IEEE1588时间同步技术在网络化测控系统中的应用研究

随着网络通信技术的发展,数据传输网络化已经成为测控通信系统发展的必然趋势。网络化的测控通信系统对于时钟同步有着严格的要求,选择合适的时钟同步协议,满足测控通信中时间同步的设想,使之成为新时期网络测控系统中起关键作用的技术;以IP网络实现测控系统数据传输为基础,探讨了几种时钟同步技术在网络环境下应用的优缺点,并着重研究了IEEE1588时钟同步协议的实现原理及其在网络测控系统中实现时钟同步的方法。